PL206654B1 - Tarcza obrotowego złoża zanurzeniowego biologicznej oczyszczalni ścieków - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206654 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 368025 ^{(51) Int.Cl.}

C02F 3/08 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 17.05.2004 (54) Tarcza obrotowego złoża zanurzeniowego biologicznej oczyszczalni ścieków

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 28.11.2005 BUP 24/05	(73) Uprawniony z patentu: BEDNARSKI STANISŁAW, Kraków, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.09.2010 WUP 09/10	(72) Twórca(y) wynalazku: STANISŁAW BEDNARSKI, Kraków, PL

PL 206 654 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja tarczy obrotowego złoża zanurzeniowego dla biologicznej oczyszczalni ścieków.

Skuteczność pracy zanurzeniowego złoża biologicznego zależy podstawowo od wielkości jego powierzchni właściwej - na której rozwija się błona biologiczna i od dostępności w kontaktowaniu się ze ściekami i powietrzem. Przy złożu obrotowym zadanie to realizowane jest dwoma zasadniczymi konstrukcjami: budową koszową lub tarczową. Przy budowie koszowej złoże wyposażone jest w osadzony na wale walcowy zbiornik o ścianach perforowanych, wewnątrz którego znajdują się luźne kształtki lub porowaty materiał, przykładowo żużel wielkopiecowy. Rozwiązania takie mają złoża przedstawione w polskich opisach patentowych nr nr 148 409 i 109 685. Innym typem budowy koszowej są konstrukcje walcowe, utworzone ze sztywno połączonych elementów rozwijających powierzchnię i nie stwarzającym przy obrocie istotnego oporu hydraulicznego. Rozwiązania przedstawione polskimi opisami patentowymi nr nr 156 447 i 155 483 wykorzystują w tym celu elementy rurowe, zabudowane wewnątrz walcowego obrysu złoża. W rozwiązaniu według francuskiego opisu patentowego nr 1 320 157 walcowy obrys złoża tworzą przylegające do siebie segmenty tarczowe. Każdy z segmentów zawiera wiele odcinkowych zespołów z tworzywa sztucznego o rozwiniętej powierzchni, usytuowanych w kierunku zasadniczo promieniowym. Rozwinięcie powierzchni uzyskane jest na licznych elementach wykonanych z siatki, usytuowanych równolegle względem siebie i osi wału. Siatkowa struktura zwiększa zdolność przyczepiania się do niej błony biologicznej, poprawiając sprawność biodegradacji związków organicznych na składniki proste. Odcinkowe zespoły mocowane są na szkieletowej konstrukcji nośnej, złożonej z tarcz bocznych, połączonych belkami prowadzonymi pobocznicowo a do których ustalone są uchwyty zespołów odcinkowych.

Złoża tarczowe zbudowane są z wielu elementów w kształcie tarczy, zamocowanych w niewielkich odległościach od siebie oraz osadzonych poprzez piastę na wale napędowym. Rozwinięcie powierzchni właściwej na tarczach jest nie znaczne, najczęściej uzyskiwane przez spiralne pofalowanie lub promieniowe wyoblenia powierzchni tarczy. Rozwiązania takie przedstawione są miedzy innymi w amerykańskim opisie patentowym nr 4,268,385, polskim nr 158 447 i polskich opisach wzorów użytkowych nr nr Ru 40920 i Ru 45589. Znane są również złoża z tarczami wykonanymi z materiału wiotkiego, przykładowo z folii tworzywa sztucznego, rozciągniętej na szkielecie tarczowym. Takie rozwiązanie stosowane może być tylko przy równoległym do kierunku przepływu ścieków ukierunkowaniu tarcz. Tarcze pracujące w urządzeniach o prostopadłym kierunku przepływu muszą być przenikliwe dla cieczy i powietrza, ponadto dno urządzenia musi mieć kształt półkolisty. Pomimo technologicznie nieco trudniejszej konstrukcji rozwiązanie cechuje się wyższą skutecznością oczyszczania, czego wyrazem są istotnie mniejsze wymiary gabarytowe.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie konstrukcji tarczy poosiowo przenikliwej dla cieczy i gazów, o możliwie największej powierzchni właściwej w jednostce objętości, prostej w montażu i o lekkiej konstrukcji.

Tarcza według wynalazku zbudowana jest z elementów wykonanych ze sprężyście odkształcalnego tworzywa sztucznego, mających strukturę z licznymi igłami równolegle utwierdzonymi do płaskiej płytki nośnej oraz zamocowanych tak, że osie igieł leżą w płaszczyznach przechodzących przez oś tarczy. Rozwinięcie powierzchni na tak ukierunkowanej strukturze igłowej niesie szereg bardzo korzystnych skutków dla procesu biodegradacji. Igłowa struktura - oprócz bardzo wysokiego wskaźnika powierzchni właściwej - wyróżnia się dużą zdolnością do przyczepiania i tworzenia błon biologicznych. Zwiększenie powierzchni utleniania na gęstym, drobnokroplowym opadzie z igieł i wprowadzanie na igłach powietrza w objętość ścieków intensyfikuje zjawiska i poszerza zakres rozkładalnych i przyswajalnych substancji zawartych w ściekach surowych.

Proces przebiega skuteczniej gdy struktura igłowa ma szczególne cechy. Korzystnym jest gdy płytka nośna elementu ma na powierzchniach kratkową rzeźbę prostoliniowych występów, o przekroju poprzecznym korzystnie w kształcie trójkąta równoramiennego, oraz gdy igły utwierdzone są w punktach przecinania się tych występów. Rozwiązanie takie ułatwia przyczepianie się błony biologicznej, zwłaszcza w fazie prawie prostopadłego wynurzania ze zwierciadła ścieków.

Korzystnym jest również gdy płytka nośna perforowana jest otworami, których oś pokrywa się ze środkiem geometrycznym powierzchni kratki występów.

Przekrój poprzeczny igieł może być dowolny, ale dla procesu szczególnie korzystnymi są igły posiadające w przekroju poprzecznym kształt wyróżniony wnęką, usytuowaną po stronie kierunku obrotu

PL 206 654 B1 tarczy. Wnęki przy wynurzaniu sprzyjają unoszeniu drobnych zanieczyszczeń, biomasy i osadu czynnego. Kolonie bakterii po wynurzeniu absorbują tlen z powietrza niezbędny do biodegradacji. Przy zanurzaniu igieł w ścieki wnęki sprzyjają wprowadzaniu powietrza w ciecz - co wpływa na przedłużenie czasu międzyfazowego kontaktu. Igły mogą mieć zróżnicowaną długość.

Dalsze rozwinięcia wynalazku dotyczą szczególnej budowy tarczy, która może być wykonywana w dwóch zasadniczych konstrukcjach: z prostopadłym lub równoległym ukierunkowaniem igieł względem osi obrotu.

W rozwiązaniu z igłami prostopadłymi do osi obrotu płytka nośna w postaci odcinka taśmy może mieć igły utwierdzone do jednej lub do obu powierzchni. Element taki na obu końcowych krawędziach płytki nośnej ma człony zamka obwodowego, o kształtach wzajemnie uzupełniających się, korzystnie typu zaczepowego lub zatrzaskowego. Rozwiązanie takie pozwala na liniowo-szeregowe łączenie elementów w taśmę o wymaganej długości.

Tarcza może być utworzona albo z koncentrycznych i obwodowo przylegających do siebie zwoi, z których każdy zawiera odpowiednią do średnicy i obwodu ilość elementów połączonych szeregowo zamkami obwodowymi, albo z jednego, spiralnie nawiniętego na siebie długiego zwoju, utworzonego z odpowiedniej ilości elementów, przy czym zwój ten zamocowany jest na wale poprzez spiralny rdzeń środkowy. W obu przypadkach zwoje objęte są na obwodach opaską zaciskową.

W tak samonośnej zwojowej budowie tarczy, wykonanej z elementów z igłami na jednej powierzchni, usztywnienie płaszczyzny tarczy może być dokonane gdy płytka nośna ma wzdłuż krawędzi bocznych rowki, usytuowane współosiowo z zewnętrznymi szeregami igieł a których długość jest większa od pozostałych igieł wewnętrznych o co najmniej głębokość rowka. W wykonaniu tarczy z elementów posiadających igły na obu powierzchniach zadanie to spełnia taśma międzyzwojowa, perforowana otworami i wykonana z tworzywa sprężysto-elastycznego.

Opisane tarcze o konstrukcji zwojowej mogą być łączone w zestawy mające charakter walcowy gdy ich elementy będą uzupełnione na obu bocznych krawędziach płytek nośnych w człony zamka międzytarczowego. Człony mają kształt wzajemnie uzupełniający się, korzystnie typu zatrzaskowego.

Drugą grupę rozwiązań według wynalazku stanowią tarcze utworzone z elementów, których osie igieł usytuowane są równolegle do osi obrotu. Płytka nośna ma postać środkowego wycinka kołowego z igłami utwierdzonymi do jednej lub obu powierzchni. Zestaw elementów tworzący pełną powierzchnię tarczy posiada opaskę zaciskową z rowkiem o kształcie litery „U”, obejmującą z zewnątrz płytki nośne i nadającą wymaganą sztywność powierzchniową.

Tarcza może mieć również charakter łopatkowy, z nieciągłą powierzchnią między elementami. Korzystnym może być gdy płytka nośna jest śmigłowo skręcona wzdłuż promienia, co nadaje tarczy właściwość poosiowego oddziaływania na ścieki. Kształt usztywniony jest przez opaskę zaciskową prowadzoną w rowkach wykonanych na obwodzie płytek nośnych.

Pełne zrozumienie wynalazku umożliwi poznanie kilku przykładowych wykonań pokazanych na rysunku. Figury 1, 2 i 3 przedstawiają pojedynczy element z igłami utwierdzonymi do jednej powierzchni płytki nośnej, kolejno w widoku z boku, z góry i od dołu, figura 4 pokazuje element z igłami na obu powierzchniach, w widoku z boku. Na fig. 5 przedstawione są przekroje poprzeczne igieł o różnym ukształtowaniu, figury 6 i 7 pokazują fragmenty przekroi poprzecznych tarcz wykonanych z elementów jedno i obustronnie oigłowanych. Figury 8, 9 i 10 kolejno obrazują widoki czołowe tarcz utworzonych przez zwoje: koncentryczne, zwój jedno i dwuspiralny. Na fig. 11 i 12 pokazane są w przekrojach poprzecznych fragmenty tarcz wykonanych z elementów których płytki nośne mają postać wycinków koła a igły, równoległe do osi obrotu, występują na jednej lub obu powierzchniach. Kolejne fig. 13 i 14 przedstawiają widoki czołowe tarcz z igłami równoległymi do osi obrotu, z tym, że na prawej połowie fig.14 pokazany jest przykład wykonania tarczy o obrysie wielokąta foremnego. Zbudowany jest z elementów, których płytka nośna ma kształt trójkąta równoramiennego. Ostatnie figury 15 i 16 obrazują przykładowe wykonanie tarczy z łopatkami śmigłowymi wyposażonymi w igły, odpowiednio w widoku czołowym i bocznym.

Tarcza składana jest z elementów 1 mających postać odcinka taśmy z igłami 3, wykonanej ze sprężyście odkształcalnego tworzywa sztucznego, przykładowo polipropylenu. Element 1 posiada taśmową płytkę nośną 2, do której z jednej strony utwierdzone są końcem prostopadłe igły 3. Obie powierzchnie płytki nośnej 2 pokrywa wystająca struktura kratkowa o wymiarze boku 1 do 10 mm, utworzona z prostoliniowych występów 4 przecinających się prostopadle lub pod kątem. Występy 4 mają w przekroju poprzecznym korzystnie kształt trójkąta równoramiennego o kącie wierzchołkowym w zakresie 30 do 120°. Igły 3 o długości od 10 do 50 mm utwierdzone są do płytki nośnej 2 w punktach

PL 206 654 B1 przecinania się występów 4. Płytka nośna 2 perforowana jest otworami 5, usytuowanymi w środkach geometrycznych kratek wyznaczonych występami 4. Na obu końcowych krawędziach płytki nośnej 2 wykonane są człony zamka obwodowego 6, wzajemnie uzupełniające się w sposób zaczepowy lub zatrzaskowy. Na fig. 1 i 2 pokazany jest zamek obwodowy 6 typu zatrzaskowego, powszechnie nazywany zamknięciem na jaskółczy ogon. Figura 4 rysunku przedstawia element 1 z igłami 3 utwierdzonymi do obu powierzchni płytki nośnej 2. Na fig. 5 pokazane są przekroje różnie ukształtowanych igieł 3. Zalecanymi są wykonania objęte od dołu poziomą klamrą, wyróżniające się występowaniem wnęki po stronie kierunku obrotu k, w którym występuje przemieszczanie igieł 3.

Szeregowe połączenie zamkami obwodowymi 6 wielu elementów 1 pozwala uzyskać liniową, odkształcalną taśmę igłową - która może być zwijana promieniowo z przyleganiem zwoi do siebie i tworzenie w ten sposób konstrukcji tarczowej. Na fig. 6 pokazany jest fragment tak wykonanej tarczy z elementów 1 posiadających igły 3 na jednej powierzchni płytki nośnej 2. W przedstawionym wykonaniu wzajemne ustalenie w jednej płaszczyźnie sąsiadujących zwoi i wymaganą sztywność tarczy uzyskano dzięki centrowaniu na igłach 3 oraz objęciu opaskami zaciskowymi 7. Płytka nośna 2 ma wykonane wzdłuż krawędzi bocznych liniowe rowki 8, rozstawione według osi igieł 3 obu szeregów zewnętrznych. Igły 3 szeregów zewnętrznych są dłuższe od pozostałych igieł 3 wewnętrznych o co najmniej wymiar głębokości g rowka 8. Na fig. 7 pokazany jest analogiczny fragment przekroju tarczy utworzonej z elementów 1 posiadających igły 3 na obu powierzchniach płytki nośnej 2. W takim wykonaniu sztywność poprzeczną tarczy uzyskano przez wprowadzenie taśmy międzyzwojowej 9, perforowanej otworami 5 a wykonanej z elastycznego tworzywa sztucznego, zwłaszcza o strukturze piankowej.

Tarcze mogą być tworzone przez zespolenie wielu koncentrycznych zwoi lub spiralne nawinięcie jednego, zapoczątkowane na osadzonym na wale spiralnym rdzeniu środkowym 10. Figura 8 pokazuje widok czołowy tarczy o zwojach koncentrycznych, natomiast figury 9 i 10 tarcze z jednym i dwoma zwojami spiralnymi. Tak wykonane tarcze mogą być mocowane obok siebie na wale, tworząc rozbudowane złoże walcowe. Dla tworzenia takiego zestawu korzystnym jest uzupełnienie elementów 1, na bocznych krawędziach płytek nośnych 2 o zamki międzytarczowe 11 - o budowie podobnej do zamków obwodowych, typu zatrzaskowego.

Na kolejnych figurach 11 do 16 przedstawione są przykładowe wykonania tarcz z elementów 1 posiadających igły 3 usytuowane równolegle do osi obrotu O tarczy. Płytka nośna 12 elementu 1 tarczy pokazanej na fig. 13 ma postać wycinka kołowego o kącie środkowym 60°, uchwyconego na wale między zaciskającymi ją poosiowo pierścieniami. Igły 3 utwierdzone są prostopadle do jednej strony płytki nośnej 12 - w wykonaniu według fig. 11 lub do obydwu powierzchni - w przykładzie zobrazowanym na fig. 12. Powierzchnie płytki nośnej 12 - podobnie jak w poprzednio opisanych wykonaniach - pokryte są kratkową strukturą występów 4 i perforowane są otworami 5. Utworzona z takich elementów 1 tarcza o promieniu zewnętrznym R zespolona jest opaską zaciskową 13, mającą w przekroju poprzecznym rowek w kształcie litery „U” którym obejmuje z zewnątrz płytki nośne 12. Podobnie jak w rozwiązaniach z igłami 3 prostopadłymi do osi obrotu O, również w tym wykonaniu tarcze mogą być mocowane na wale obok siebie. Zestaw kilku tarcz o szerokości L połączony jest na pobocznicy zamkami międzytarczowymi 11. Dalsze rozwinięcie konstrukcji tarcz z igłami równoległymi do osi obrotu O polega na śmigłowym skręceniu igłowych płytek nośnych 12 wzdłuż promienia i zbudowaniu tarczy o charakterze łopatkowym. Podczas obrotu takie tarcze oddziaływują na przepływ ścieków w kierunku wzdłuż osi wału. Sztywność tarczy może być dodatkowo zwiększona opaską zaciskową 7 prowadzona w rowkach wykonanych na krawędziach zewnętrznych płytek nośnych 12.

Claims (21)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Tarcza obrotowego złoża zanurzeniowego biologicznej oczyszczalni ścieków, zawierająca elementy wykonane ze sprężyście odkształcalnego tworzywa sztucznego, o rozwiniętej powierzchni właściwej i przestrzennie ażurowej strukturze, połączone z piastą osadzoną na wale napędowym, znamienna tym, że elementy (1) mają budowę z licznymi igłami (3), równolegle utwierdzonymi jednym końcem do płaskiej płytki nośnej (2, 12) oraz zamocowane są tak, że osie igieł (3) leżą w płaszczyznach przechodzących przez oś obrotu (O) tarczy.
2. 2. Tarcza według zastrz. 1, znamienna tym, że płytka nośna (2) elementu (1) ma na powierzchniach kratkową rzeźbę prostoliniowych występów (4), mających w przekroju poprzecznym kształt korzystnie trójkąta równoramiennego.

   PL 206 654 B1
3. 3. Tarcza według zastrz. 2, znamienna tym, że igły (3) utwierdzone są w punktach przecinania się występów (4).
4. 4. Tarcza według zastrz. 2, znamienna tym, że płytka nośna (2) perforowana jest otworami (5), których oś pokrywa się ze środkiem geometrycznym powierzchni kratki występów (4).
5. 5. Tarcza według zastrz. 1, znamienna tym, że igły (3) mają w przekroju poprzecznym kształt wyróżniony wnęką, usytuowaną po stronie kierunku obrotu (k) tarczy.
6. 6. Tarcza według zastrz. 1, znamienna tym, że igły (3) mają zróżnicowaną długość.
7. 7. Tarcza według zastrz. 1, znamienna tym, że osie igieł (3) usytuowane są prostopadle do osi obrotu (O) tarczy.
8. 8. Tarcza według zastrz. 7, znamienna tym, że płytka nośna (2) ma postać odcinka taśmy z igłami (3) utwierdzonymi do jednej powierzchni.
9. 9. Tarcza według zastrz. 7, znamienna tym, że płytka nośna (2) ma postać odcinka taśmy z igłami (3) utwierdzonymi do obu powierzchni.
10. 10. Tarcza według zastrz. 8 albo 9, znamienna tym, że płytka nośna (2) na obu końcowych krawędziach ma człony zamka obwodowego (6), o kształtach wzajemnie uzupełniających się, korzystnie typu zaczepowego lub zatrzaskowego.
11. 11. Tarcza według zastrz. 10, znamienna tym, że wymaganą średnicę zewnętrzną (2R) tarczy tworzą koncentryczne i obwodowo przylegające do siebie zwoje, z których każdy zawiera odpowiednią do długości obwodu ilość elementów (1) z płytkami nośnymi (2) połączonymi szeregowo przez zamki obwodowe (6) a ponadto objęte opaskami zaciskowymi (7).
12. 12. Tarcza według zastrz. 10, znamienna tym, że wymaganą średnicę zewnętrzną (2R) tarczy tworzy nawinięty spiralnie na siebie zwój utworzony z odpowiedniej ilości elementów (1), płytkami nośnymi (2) połączonych szeregowo przez zamki obwodowe (6), przy czym zwój zamocowany jest na wale poprzez spiralny rdzeń środkowy (10) oraz obwodowo objęty opaską zaciskową (7).
13. 13. Tarcza według zastrz. 8, znamienna tym, że płytka nośna (2) ma wzdłuż krawędzi bocznych rowki (8), usytuowane współosiowo z zewnętrznymi szeregami igieł (3), których długość jest większa od pozostałych igieł (3) wewnętrznych o co najmniej głębokość (g) rowka (8).
14. 14. Tarcza według zastrz. 9, znamienna tym, że posiada taśmę międzyzwojową (9), perforowaną otworami (5) i wykonaną z tworzywa sprężysto-elastycznego.
15. 15. Tarcza według zastrz. 13 albo 14, znamienna tym, że płytki nośne (2) na obu bocznych krawędziach mają człony zamka międzytarczowego (11), o kształtach wzajemnie uzupełniających się, korzystnie typu zatrzaskowego.
16. 16. Tarcza według zastrz. 1, znamienna tym, że osie igieł (3) usytuowane są równolegle do osi obrotu (O) tarczy.
17. 17. Tarcza według zastrz. 16, znamienna tym, że płytka nośna (12) ma postać środkowego wycinka kołowego z igłami (3) utwierdzonymi do jednej powierzchni.
18. 18. Tarcza według zastrz. 16, znamienna tym, że płytka nośna (12) ma postać środkowego wycinka kołowego z igłami (3) utwierdzonymi do obu powierzchni.
19. 19. Tarcza według zastrz. 17 albo 18, znamienna tym, że posiada opaskę zaciskową (13) z rowkiem o kształcie litery „U”.
20. 20. Tarcza według zastrz. 17 albo 18, znamienna tym, że płytka nośna (12) jest wzdłuż promienia śmigłowo skręcona.
21. 21. Tarcza według zastrz. 20, znamienna tym, że płytki nośne (12) mają na obwodzie rowek, w który zaciśnięta jest opaska zaciskowa (7).